DE19850708A1 - Fräskopfeinheit - Google Patents
FräskopfeinheitInfo
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Abstract
Fräskopfeinheit mit einer in den Achsen A, C und Z beweglichen Motorfrässpindel, wenigstens drei radial an der Motorfrässpindel angelenkten, unabhängig voneinander in Z-Richtung verfahrbaren Lenkern, wenigstens drei mit Abstand um die Motorfrässpindel herum angeordneten, untereinander parallelen Linearbewegungsantrieben für die daran angelenkten Lenker.
Description
Die Erfindung betrifft eine Fräskopfeinheit als eine Baugruppe,
die Bestandteil unterschiedlicher Fräsmaschinenkonzepte sein kann
und zum Verfahren in den Linearachsen X, Y, Z eingerichtet ist.
Es gibt unterschiedliche Bauarten von Fräskopfeinheiten mit zwei
kontinuierlich bewegbaren Achsen, beispielsweise Fräskopfeinheiten
mit einem Schrägachskopf oder mit einem Gabelkopf. In der DE 34 07 679 C1
ist ein Horizontal-Bohr- und Fräswerk mit einem um eine
unter 45° zur Horizontalen geneigten Achse schwenkbaren
Spindelkopf beschrieben, der in der horizontalen und der
vertikalen Arbeitsstellung der Bohrspindelhülse mit einem
Traggehäuse verriegelbar ist und bei dem die Spindelhülse über ein
Kegelradgetriebe antreibbar ist. Aus der US 3 483 796 A ist des
weiteren eine Fräskopfeinheit mit einem Gabelkopf beschrieben, bei
der sich der Gabelkopf um bis zu 90° schwenken und um eine dazu
senkrechte Achse drehen läßt. Bei diesen bekannten
Fräskopfeinheiten erfolgt der Antrieb der Frässpindel durch einen
in X-, Y-, Z-Richtung verstellbaren Spindelbalken hindurch über
Zwischengetriebe, die die Schwenkbarkeit des Spindelkopfes und den
Antrieb in jeder Winkelstellung gewährleisten. Servomotoren
bewirken die Verstellung in X-, Y- und Z-Richtung. Die
Kühl-/Schmierstoff- und Energiezuführung zur Spindel erfolgt über
Drehdurchführungen, und die Meßsystemsignale werden über
Schleifringe übertragen. Die Gehäusebauteile bestehen in der Regel
aus Stahl. Die Lagerung des Spindelbalkens erfolgt entweder
hydrostatisch oder mittels Wälzlagern. Diese bekannten
Fräskopfeinheiten weisen einen großen Platzbedarf, eine große
Masse und Probleme bei der Dichtigkeit der
Kühl-/Schmierstoffzuführung zur Spindel auf. Die Montage der
bekannten Systeme ist arbeitsintensiv, die Herstellkosten sind
hoch und der Wartungsaufwand erheblich.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Nachteile der
bekannten Bauarten von Fräskopfeinheiten zu vermeiden und diese
dahingehend zu verbessern, daß sie aufgrund eines geringeren
Platzbedarfs, des Wegfalls zusätzlicher Getriebebauteile und
Drehdurchführungen, Verringerung der Bauteilanzahl eine
Verringerung des Bau- und Wartungsaufwands sowie der bewegten
Massen zu erreichen gestatten, so daß höhere Beschleunigungen der
angetriebenen Achsen erreichbar sind.
Ausgehend von dieser Problemstellung wird vorgeschlagen, die
Fräskopfeinheit mit einer in den Achsen A, C und Z beweglichen
Motorfrässpindel, wenigstens drei radial an der Notorfrässpindel
angelenkten, unabhängig voneinander in Z-Richtung verfahrbaren
Lenkern, wenigstens drei mit Abstand um die Motorfrässpindel herum
angeordneten, untereinander parallelen Linearbewegungsantrieben
für die daran angelenkten Lenker auszustatten.
Aufgrund der Lagerung der Motorfrässpindel an unabhängig
voneinander, parallel verfahrbaren Lenkern lassen sich
Direktantriebe sowohl für die Motorfrässpindel als auch für die
Schwenkachsen A, C und die Linearachse Z vorsehen, und die
Leitungen für die Kühl-/Schmierstoff- und Energiezufuhr lassen
sich direkt an der Motorfrässpindel oder an einem
Frässpindelträger oder an dem Frässpindelantrieb ohne Verwendung
von Drehdurchführungen anschließen.
Vorzugsweise können die Linearbewegungsantriebe auf der
Innenfläche eines rohrförmigen Gehäuses untereinander und zur
Gehäuseachse Z parallel befestigt sein, wobei die Lenker als
Dreieckslenker ausgebildet und mit ihren Spitzen an der
Motorfrässpindel allseits beweglich und an den
Linearbewegungsantrieben mit ihren Basen um senkrecht zur
Bewegungsrichtung der Linearbewegungsantriebe verlaufende Achse
schwenkbar angelenkt sein können.
Im einzelnen können die Lenker zunächst im wesentlichen radial
verlaufend und dann um etwa 90° abgeknickt etwa parallel zu den
Linearbewegungsantrieben verlaufend ausgebildet sein, so daß deren
Schwenkachsen an den Linearbewegungsantrieben gegenüber den
Anlenkungen an der Motorfrässpindel in Z-Richtung zurückversetzt
liegen.
Eine spielfreie Führung und Bewegungssteuerung der Lenker wird
erreicht, wenn die Linearbewegungsantriebe durch Servomotoren
bewegte Kugelrolltriebe aufweisen.
Eine CNC-Steuerung für die Linearbewegungsantriebe bewirkt das
Kippen der Motorfrässpindel um die Achsen A und C sowie die
Bewegung in Richtung der Z-Achse, und in die
Linearbewegungsantriebe sind Stellungsgeber für die Lenker
integriert, die mit der CNC-Steuerung zusammenwirken.
Aufgrund der Aufhängung der Motorfrässpindel an den Lenkern lassen
sich die Leitungen für die Kühl-/Schmierstoff- und Energiezufuhr
direkt an dem Gehäuse der Motorfrässpindel ohne Verwendung von
Drehdurchführungen anschließen.
In die Linearbewegungsantriebe lassen sich die für die
Maschinensteuerung zum Messen der Drehwinkel um die Achsen A und C
sowie des Verfahrweges in Richtung der Z-Achse erforderlichen
Meßsysteme integrieren, entweder indem entsprechende Encoder in
die jeweiligen Antriebe integriert oder die Antriebe selber als
Weg- bzw. Drehwinkelgeber ausgebildet werden.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Fräskopfeinheit mit
einer Lagerung der Motorfrässpindel an unabhängig parallel in
Z-Richtung verfahrbaren Lenkern ergibt sich ein geringerer
Platzbedarf in Z-Richtung, da keine zusätzlichen Getriebebauteile
zwischen der Fräskopfeinheit und dem Spindelbalken erforderlich
sind. Hierdurch läßt sich auch die Anzahl der Bauteile verringern,
und durch den Wegfall von Drehdurchführungen wird eine höhere
Zuverlässigkeit und Dichtigkeit bei der Kühl-/Schmierstoff- und
Energiezuführung erreicht. Wenn zusätzlich noch die Gehäuse
und/oder Gehäuseteile aus einer Leichtmetallegierung, aus einer
Titanlegierung und/oder aus geschäumten Metall bestehen, läßt sich
die bewegte Masse noch weiter verringern, so daß sowohl höhere
Beschleunigungen in X-, Y-, und Z-Richtung möglich sind, als auch
höhere Beschleunigungen um die Achsen A und C, da durch die
Verwendung von Servomotoren mit geringer Masse die bei den
bekannten Fräskopfeinheiten vorhandenen Beschränkungen entfallen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert.
Von einer Werkzeugmaschine ist nur die erfindungsgemäße
Fräskopfeinheit perspektivisch dargestellt. Ein rohrförmiges
Gehäuse 1, das mit seiner Rückseite an einem waagerechten oder
senkrechten Spindelbalken befestigt sein kann, wobei der
Spindelbalken in X-, Y- und Z-Richtung beweglich ist, trägt an
seiner Innenfläche 2 drei umfangsmäßig gleichmäßig beabstandete
Linearbewegungseinheiten aus Schlitten 3, die auf an Grundplatten
7 befestigten Führungen 4 mittels eines Kugelrolltriebs 5
spielfrei bewegbar sind und dafür von Servomotoren 6 angetrieben
sind.
An den Schlitten 3 sind um Schwenkachsen 10 schwenkbare Lenker aus
einem im wesentlichen in Z-Richtung verlaufenden Lenkerteil und
einem dazu im wesentlichen radial verlaufenden Lenkerteil 9
schwenkbar angelenkt. Die Lenker 8, 9 sind als Dreieckslenker
ausgebildet, wobei die Schwenkachse 10 durch deren Basis senkrecht
zur Achse Z verläuft, während im Bereich von deren Spitze allseits
bewegliche Gelenke 11, beispielsweise Kugelgelenke vorgesehen
sind, die mit einem Gehäuse 12 einer Motorfrässpindel 13 verbunden
sind. Die Motorfrässpindel 13 trägt ein Fräswerkzeug 14 und ist
über eine Leitung 15 mit einer CNC-Steuerung 16 verbunden, die
auch die Servomotoren 6 ansteuert.
Die Servomotoren 6 können integrierte Meßsysteme, beispielsweise
unabhängige Drehgeber aufweisen oder selber als Drehgeber
ausgebildet sein, so daß Signale an die CNC-Steuerung gelangen,
die für die jeweilige Stellung der Schlitten 3 repräsentativ sind.
Wird beispielsweise der untere Schlitten 3 allein verfahren,
ergibt sich ein Schwenken der Motorfrässpindel 13 um die Achse C,
die parallel zur Schwenkachse 10 verläuft. Durch gegenläufiges
Verfahren der oberen Schlitten 3 ergibt sich ein Schwenken der
Motorfrässpindel 13 um die auf der Achse C senkrecht stehenden
Achse A, während ein gleichzeitiges Verfahren aller drei Schlitten
in dieselbe Richtung ein Verfahren der Motorfrässpindel 13 in
Richtung Z bewirkt. Analog lassen sich räumliche Bewegungen der
Motorfrässpindel 13 in beliebige Richtungen durch entsprechendes
Ansteuern der Servomotoren 6 mittels der CNC-Steuerung 16
bewirken.
Die Leitung 15 dient sowohl für die Energiezuführung zur
Motorfrässpindel als auch zur Zufuhr von Kühl-/Schmierstoff und
ist direkt an das Gehäuse 12 der Motorfrässpindel 13 ohne
Verwendung von Drehdurchführungen angeschlossen.
Die erfindungsgemäße Fräskopfeinheit besteht nur aus wenigen
Bauteilen, von denen die Mehrzahl identisch ist. Die
Fräskopfeinheit ist sehr einfach aufgebaut und läßt sich auf einer
Trägerplatte komplett, einschließlich der Ausrichtung der
Linearachsen vormontieren und wird fertig justiert an der
Werkzeugmaschine verschraubt. Aufgrund der geringen zu bewegenden
Massen sind höchste Beschleunigungen möglich.
Claims (8)
1. Fräskopfeinheit mit
- - einer in den Achsen A, C und Z beweglichen Motorfrässpindel (13),
- - wenigstens drei radial an der Motorfrässpindel (13) angelenkten, unabhängig voneinander in Z-Richtung verfahrbaren Lenkern (8, 9),
- - wenigstens drei mit Abstand um die Motorfrässpindel (13) herum angeordneten, untereinander parallelen Linearbewegungsantrieben (3, 4, 5, 6, 7) für die daran angelenkten Lenker (8, 9).
2. Fräskopfeinheit nach Anspruch 1, bei der auf der Innenfläche
(2) eines rohrförmigen Gehäuses (1) die untereinander und zur
Gehäuseachse Z parallelen Linearbewegungsantriebe (3, 4, 5, 6,
7) befestigt sind.
3. Fräskopfeinheit nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Lenker (8,
9) als Dreieckslenker ausgebildet und mit ihren Spitzen (11) an
der Motorfrässpindel (13) allseits beweglich und an den
Linearbewegungsantrieben (3, 4, 5, 6, 7) mit ihren Basen um
senkrecht zur Bewegungsrichtung der Linearbewegungsantriebe (3,
4, 5, 6, 7) verlaufenden Achsen (10) schwenkbar angelenkt sind.
4. Fräskopfeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die
Lenker (8, 9) zunächst im wesentlichen radial verlaufend und
dann um etwa 90° abgeknickt etwa parallel zu den
Linearbewegungsantrieben (3, 4, 5, 6, 7) verlaufend ausgebildet
sind.
5. Fräskopfeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die
Linearbewegungsantriebe (3, 4, 5, 6, 7) durch Servomotoren (6)
bewegte Kugelrolltriebe (5) aufweisen.
6. Fräskopfeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der eine
CNC-Steuerung (16) für die Linearbewegungsantriebe (3, 4, 5, 6,
7) das Kippen der Motorfrässpindel (13) um die Achsen A und C
und die Bewegung in Richtung der Z-Achse bewirkt.
7. Fräskopfeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der
Leitungen (15) für die Kühl-/Schmierstoff- und Energiezufuhr
direkt an dem Gehäuse (12) der Motorfrässpindel (13) ohne
Verwendung von Drehdurchführungen angeschlossen sind.
8. Fräskopfeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der in
die Linearbewegungsantriebe (3, 4, 5, 6, 7) Stellungsgeber (6)
für die Lenker (8, 9) integriert sind.
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Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: DOERRIES SCHARMANN TECHNOLOGIE GMBH, 41236 MUENCHENG |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: RUMRICH, GABRIELE, DIPL.-ING. PAT.-ING., DE |
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R071 | Expiry of right |